氩氢混合气氛下电弧重熔TC4合金的氧含量变化规律

摘要

本文主要研究了在氩氢混合气氛中反应性电弧重熔Ti6Al4V合金对合金中氧含量的影响，主要包括三个部分：一是在Ti6Al4V加入TiO2后组织的变化以及氩氢气氛中重熔不同氧含量的Ti6Al4V合金后组织的变化；二是不同熔炼方式对加氢后合金的氧含量及硬度的变化的影响；三是重熔过程中可能产生的各种气体的热力学分析。
　　加入TiO2后的Ti6Al4V的组织以马氏体为主，且随着氧含量的增大合金中的马氏体层片变得越来越粗大；在氩氢气氛中重熔后，合金的组织有了明显的细化。初始氧含量小于1.02％的钛合金加氢后呈网篮状，大于1.02%的钛合金加氢后为板条状的马氏体。增加熔炼时间或增加熔炼次数均能对合金的组织产生影响。
　　在氩氢气氛中重熔，加氢后不同氧含量的Ti6Al4V合金中氧含量都有了不同程度的降低，初始氧含量越大的钛合金加氢一次后氧含量降低的幅度越大；在增加熔炼次数之后，初始氧含量为1.62%的钛合金中的氧含量降低到一个比较稳定的值0.25%左右；在增加熔炼时间之后，初始氧含量为0.42%、1.62%的钛合金都能降低到0.25%左右。在加入TiO2后钛合金的硬度随着氧含量的增大而显著增大，选择不同的熔炼方式在氩氢气氛中重熔，不同氧含量的Ti6Al4V合金的硬度都有了不同程度的降低。
　　由钛合金重熔过程的热力学计算可知：重熔过程中Ti、Al、V的活度随着温度的增加而略有增加，其中Ti的活度最大；蒸气压也随着温度的增加而显著增加，其中Ti的蒸汽压要远远大于Al、V；挥发速率也随着温度的增加而增加，其中Ti的挥发速率也要远大于Al、V。同时从热力学计算结果可以看出，熔炼过程可能生成了挥发性的氧化物为：TiO、Al2O、Al2O2、V2O5，而由对比可以看出V2O5的自由能要远低于其他的氧化物，反应的初期可以生成挥发性氧化物Al2O、Al2O2、V2O5，而反应的后期当温度超过2000℃时，V、Al都不能生成挥发性氧化物，挥发性氧化物的温度区间变小。同时由温度场的模拟可以得出，氢电弧熔炼过程可以达到生成氧化物所需要的温度。

目录

氩氢混合气氛下电弧重熔TC4合金的氧含量变化规律

THE CHANGE OF OXYGEN CONTENT IN TC4 ALLOY DURING NON-CONSUMABLE ARC MELTING IN THE ATMOSPHERE OF ARGON AND HYDROGEN

绪论

1.1 本论文的学术背景及其理论与实际意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.3 相关领域的研究进展

1.4 本论文主要研究内容

1.4.1 本课题研究主要研究内容

第2章 材料及实验方法

2.1 研究方案

2.2 实验用材料

2.3 实验方法

2.3.1 铸锭的制备

2.3.2 化学成分分析试验

2.3.3 显微组织与结构观察

2.3.4 性能试验-显微硬度试验

第3章 氢和氧对钛合金组织的影响

3.1 前言

3.2 钛合金置氢

3.3 氢电弧重熔后对钛合金中组织的影响

3.3.1 加氢前后的宏观组织对比

3.3.2 加氢前后微观组织对比

3.4 本章小结

第4章 氢对钛合金中氧含量及硬度的影响

4.1 加入TiO2后对钛合金中相的影响

4.2 重熔后对钛合金中氧含量的影响

4.2.1 单次重熔对钛合金中氧含量的影响

4.2.2 增加重熔时间对钛合金中氧含量的影响

4.2.3 增加重熔次数对钛合金中氧含量的影响

4.3 重熔后对钛合金硬度的影响

4.4 加氢重熔后对合金主要元素含量的影响

4.5 本章小结

第5章 重熔过程的热力学计算

5.1 引言

5.2 重熔过程中各主要元素活度与温度的关系

5.3 重熔过程中各主要元素的蒸气压与温度的关系

5.4 重熔过程中可能存在反应的吉布斯自由能与温度的关系

5.4.1 熔体中Al可能生成的氧化物

5.4.2 熔体中Ti可能生成的氧化物

5.4.3 熔体中V可能生成的氧化物

5.4.4 结果分析

5.5 重熔过程中的各金属元素的挥发速率

5.6 本章小结

结论

参考文献

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致谢

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